اكتشف الباحثون في جامعة فيرجينيا كومونويلث “Virginia Commonwealth” استراتيجية جديدة لتوليد الذرات
الشاذة “superatoms”.
وهي مجموعات من الذرات التي يمكن أن تحاكي خصائص أكثر من مجموعة واحدة من عناصر الجدول الدوري. ومن المميز أنه يمكن استخدام هذه المواد الفائقة لإنتاج مواد جديدة، بما في ذلك بطاريات أكثر كفاءة وأشباه موصلات أفضل، كما أنها تعَد مكون أساسي من الرقائق الدقيقة والترانزستورات ومعظم أجهزة الحاسوب.
وتعتمد البطاريات وأشباه الموصلات على حركة الشحنات من مجموعة ذرات إلى مجموعة أخرى. خلال هذه العملية، تُنقل الإلكترونات من الذرات المانحة إلى الذرات المستقبلة. وقال شيف خانا “Shiv Khanna” رئيس قسم الفيزياء في كلية العلوم الإنسانية والعلوم: “إن تشكيل الذرات الشاذة التي يمكنها منح أو استقبال إلكترونات متعددة مع الحفاظ على الاستقرار الهيكلي هو مطلب أساسي لإنشاء بطاريات أو أشباه موصلات أفضل”.
وترجع قدرة الذرات الشاذة على نقل الشحنات بشكل فعال مع إبقائها سليمة على كيفية تقليدها خصائص مجموعات متعددة من العناصر. وقال خانا: “لقد ابتكرنا نهجًا جديدًا يمكن من خلاله تجميع هذه الذرات الشاذة”. وقد أثبت خانا نظريًا طريقة لبناء الذرات الشاذة يمكن أن تساعد في تكوين مواد حيوية أكثر فعالية.
وقال خانا: “تستخدم أشباه الموصلات في كل مجالات الحياة، حيث أن الذرات الشاذة التي يمكن أن تشجع بشكل كبير على منح الإلكترونات وهذا سيكون له فائدة مجتمعية كبيرة”. وتعتبر الذرات القلوية، التي تشكل المجموعة الأولى من الجدول الدوري، هي الأمثل لمنح الإلكترونات.
تتطلب هذه الذرات كمية قليلة من الطاقة لمنح إلكترون حتى أنها تقوم بذلك بشكل تلقائي. ومع ذلك، فإن منح أكثر من إلكترون واحد يتطلب كمية كبيرة من الطاقة. وقام خانا وزملاؤه بعملية تستطيع من خلالها مجموعات من الذرات منح أو استقبال إلكترونات متعددة باستخدام مستويات منخفضة من الطاقة. وقال خانا: “إن إمكانية امتلاك هذه الكتل البنائية التي يمكنها منح أو استقبال شحنات متعددة، سيكون لها في النهاية تطبيقات واسعة النطاق في مجال الإلكترونيات”.
ولم يكن هناك أي نظرية إرشادية لمثل هذه الذرات الشاذة للقيام بذلك بفاعلية، وينظر خانا وزملاؤه إلى أن الروابط العضوية التي تسمى لجين “Organic ligand”، وهي الجزيئات التي ترتبط الذرات المعدنية بها لحمايتها وتثبيتها، يمكن أن تحسِّن تبادل الإلكترونات دون المساومة على مستويات الطاقة. واختبروا هذه النظرية باستخدام مجموعات من الألومنيوم المخلوطة بالبورون والكربون والسيليكون والفوسفور، مقترنة باللجين عضوية. وباستخدام التحليل الحسابي، أظهروا أن المجموعة ستستخدم طاقة أقل لمنح إلكترون من الفرنسيوم، والذي يعد أقوى عنصر قلوي طبيعي مانح للإلكترونات.
وقال خانا: “يمكننا استخدام اللجين لأخذ أي مجموعة من الذرات وتحويلها إلى مانح أو مستقبِل للإلكترونات. يمكن أن نشكل مانحي إلكترون أقوى من أي عنصر موجود في الجدول الدوري”.
كتابة: الاء عمارة
مراجعة: سلفيا أمير
تصميم: عمر حسن
تحرير: أحمد عبدالستّار
